操作系统第二章学习纲要.docx

1、操作系统第二章学习纲要第2章 进程管理 辅导与自测 本章知识点进程是操作系统中最大体、最重要的概念之一，在运算机系统中，进程不仅是最大体的并发执行的单位，而且也是分派资源的大体单位。引入进程那个概念，对于咱们理解、描述和设计操作系统具有重要意义。本章的主要知识点为： （1）进程的概念进程是程序在并发环境中的执行进程。进程最根本的属性是动态性和并发性。要注意进程与程序的区别。进程的五个大体特征是：动态性、并发性、独立性、制约性、结构性。一个进程实体通常由程序、数据、栈和进程控制块（PCB）这四部份组成。进程控制块是进程组成中最关键的部份。每一个进程有唯一的进程控制块。操作系统按照PCB对进程实施

2、控制和管理。进程的动态、并发等特征是利用PCB表现出来的。为了对所有进程进行有效地管理，常将各进程的PCB用适当的方式组织起来。一般说来，进程队列有以下几种方式：线性方式、链接方式和索引方式。进程有三个大体状态：运行态、就绪态和阻塞态。在必然的条件下，进程的状态将发生转换。下图所示为进程的状态及其转换。图 进程状态及其转换 （2）进程管理就犹如人类的族系一样，系统中众多的进程也存在族系关系：由父进程创建子进程，子进程再创建子进程，从而组成一棵树形的进程族系图。进程作为有“生命期”的动态进程，对它们的实施管理主要包括：创建进程、撤消进程、挂起进程、恢复进程、改变进程优先级、封锁进程、唤醒进程、调

3、度进程等。在Linux系统中，进程有5种状态。进程分为系统进程和用户进程。其中，系统进程只运行在内核模式下；用户进程既能够在用户模式下运行，也能够通过系统挪用等运行在内核模式下。Linux的task_struct结构相当于其进程控制块。Linux系统对进程的操作常常利用命令有：ps、kill、sleep等。常常利用的系统挪用有：fork，exec，wait，exit，getpid，sleep，nice等。（3）进程通信进程通信是指进程间的信息互换。按照进程间互换信息量的多少，分为高级进程通信和低级进程通信。进程的同步与互斥是指进程在推动时的彼此制约关系，属于低级进程通信。一般来讲同步反映了进程

4、之间的协作关系，往往指有几个进程一路完成一个任务时在时刻顺序上的某种限制，进程彼此之间各自的存在及作用，通过互换信息完成通信。如接力比赛中一组队员利用接力棒等。进程互斥表现了进程之间对资源的竞争关系，这时进程彼此之间不必然清楚其它进程的情形，往往指多个任务多个进程间的通信制约，因此利用更普遍。如打篮球时两边挣抢篮板球等。咱们用信号量（Semaphore）及P，V操作来实现进程的同步和互斥。生产者-消费者问题是经典的进程同步和互斥问题。（4）死锁死锁是指多个进程循环等待他方占有的资源而无穷期地僵持下去的局面。运算机系统产生死锁的根本原因就是资源有限且操作不妥。一种原因是竞争资源引发的死锁，另一种

5、原因是由于进程推动顺序不适合引发的死锁。产生死锁的四个必要条件是：互斥条件，不可抢占条件，占有且申请条件，循环等待条件。若是在运算机系统中同时具有这四个必要条件时，那么会发生死锁。一般地，解决死锁的方式分为死锁的预防、避免、检测与恢复三种。进程管理学习重点和要求考核学生对进程概念、进程的状态及其转换、进程的组成、竞争条件和临界区、进程的同步与互斥、信号量和、操作及其一般应用、死锁的概念和产生死锁的必要条件等的内容学习情形。【掌握】1.进程的概念：进程是程序在并发环境中的执行进程。进程与程序的主要区别。进程最大体的属性是动态性和并发性。2.进程的状态及其转换进程的3种大体状态是：运行态、就绪态和

6、阻塞态。掌握教材33页的进程状态及其转换图。3.进程的同步与互斥的概念。能够简单理解为：同步是协作，互斥是竞争。4.信号量和、操作及其一般应用。运用信号量机制和、操作，解决并发进程一般的互斥和同步问题。解决此类问题的一般方式：(1)按照问题给出的条件，肯定进程有几个或几类； (2)肯定进程间的制约关系是互斥，仍是同步； (3)各相关进程间通过什么信号量实现彼此的制约，标明信号量的含义和初值； (4)用P、V操作写出相应的代码段； (5)验证代码的正确性：设以不同的顺序运行各进程，是不是能保证问题的圆满解决。切忌按固定顺序执行各进程。 【理解】1.多道程序设计概念及其长处。2.进程的一般组成，应

7、深切理解进程控制块的作用。每一个进程有惟一的进程控制块。进程管理的大体命令：ps、kill、sleep。4.理解进程临界资源和临界区的概念，进程进入临界区的调度原则。信号量概念，P、V操作执行的动作。 5.死锁的概念；死锁的4个必要条件：互斥条件、不可抢占条件、占有且申请条件、循环等待条件。【了解】进程结构，见教材41页图。2.进程间的3种高级通信：共享内存、管道文件和消息传递。 典型例题解析【例1】判断题：并发是并行的不同表述，其原理相同。（ ）答案 。分析 并发是指多道程序的执行在时刻上是重叠的，一个程序的执行尚未结束，另一个程序的执行已经开始。但对单CPU系统而言，每一时刻只有一个程序在

8、CPU上运行（有可能现在其他的程序在进行输入、输出）。也就是说，占有CPU的只能有一个程序。因此，并发实际上是“在宏观上并行执行，在微观上串行执行”。而并行是真正意义上的并行执行，因此二者的含义是不同的。【例2】在操作系统中引入“进程”概念的主要目的是（ ）。A改善用户编程环境 B提高程序的运行速度C描述程序动态执行进程的性质 D使程序与计算进程一一对应答案 C分析 操作系统中多道程序的引入，使得它们在并发执行时共享系统资源，一路决定这些资源的状态，因此系统中各道程序在执行进程中就出现了彼此制约的新关系，程序的执行出现“走走停停”的新状态。这些都是在程序的动态进程中发生的。而程序本身是机械能够

9、翻译或执行的一组动作或指令，它或写在纸面上，或寄存在磁盘等介质上，是静止的。很显然，直接从程序的字面上无法看出它何时运行、何时停顿，也看不出它是不是影响其它程序或必然受其它程序的影响。因此，用程序那个静态概念已不能如实反映程序并发执行进程中的这些特征。为此，人们引入进程的概念来描述程序动态执行进程的性质，这是引入“进程”概念的主要目的。【例3】下列进程状态的转换中，不正确的是（ ）。A就绪阻塞 B运行就绪 C就绪运行 D阻塞就绪答案 A分析 回答这道题要明白进程的3种大体状态，和它们之间的转换关系。通过下图能够看到，凡是图中有箭头指向的转换都是可行的，而没有箭头指向的则不可能。因此A是不正确的

10、。图 进程状态及其转换若是有的同窗记不住这张图，那就从理解的角度进行试探。第一要理解3种状态的含义，然后再理解它们之间的转换。例如：运行的进程能变成绩绪吗？能够，若是运行进程的时刻片到了，就必修让出CPU，转换为就绪态。就绪的进程能变成阻塞吗？不能够，就绪态的进程已经具有了运行条件，只在等待CPU，怎么可能还退回到还不具有运行条件的阻塞态呢？因此，若是理解了，这张图就可以够自己画出来，并非需要死记硬背。【例4】进程控制块是描述进程状态和特性的数据结构，一个进程（ ）。A能够有多个进程控制块 B能够和其他进程共用一个进程控制块C能够没有进程控制块 D只能有唯一的进程控制块答案 D分析 进程控制块

11、（PCB）是一个用于描述进程动态性质的数据结构。操作系统按照PCB对进程实施控制和管理。进程的动态、并发等特征也是通过PCB表现出来的。进程由程序、数据、栈和PCB组成。组成进程的有关程序和数据集合是进程得以存在的物质基础，它们是进程的实体；PCB用于标识和刻画实体的存在和转变，是进程存在的唯一标志。当系统创建一个新进程时，就为它成立一个PCB；当进程终止后，系统回收为其分派的PCB，该进程在系统中就不存在了。【例5】在执行V操作时，当信号量的值（ ），应释放一个等待该信号量的进程。 A小于0 B大于0 C小于等于0 D大于等于0答案 C分析 P，V操作能够实现对临界区的管理要求。它由P操作原

12、语和V操作原语组成（原语是不可中断的进程），对信号量进行操作，具体概念如下： P（S）：将信号量S的值减1，即S=S-1； 若是S0，则该进程继续执行；不然该进程置为阻塞状态，排入阻塞队列。 V（S）：将信号量S的值加1，即S=S+1； 若是S0，则该进程继续执行；不然释放队列中第一个等待信号量的进程。 信号量的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的利用情形有关。当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待利用该资源的进程个数。注意，信号量的值仅能由P，V操作来改变。一般来讲，信号量S0时，S表示可用资源的数量。执行

13、一次P操作意味着请求分派一个单位资源，因此S的值减1；当S0 BS=0 CS0 DS024.信号量S的初值为8，在S上执行了10次P操作，6次V操作后，S的值为（ ）。 A10 B8 C6 D425.若P、V操作的信号量S初值为2，当前值为 -1，则表示有（ ）个等待进程。 A0 Bl C2 D3 26.在进程通信中，利用信箱方式互换信息的是（ ）。A低级进程通信 B高级进程通信 C共享内存方式 D管道文件方式27.系统出现死锁的原因是（ ）。A运算机系统发生了重大故障B有多个封锁的进程同时存在C若干进程因竞争资源而无停止地循环等待着，而且都不释放已占有的资源 D资源数大大少于进程数，或进程同

14、时申请的资源数大大超过资源总数28.两个进程争夺同一个资源（ ）。A必然死锁 B不必然死锁 C不会死锁 D以上说法都不对二、判断题（正确的划，错误的划。）1.简单地说，进程是程序的执行进程。因此，进程和程序是一一对应的。（ ）2.进程和程序是两个截然不同的概念。（ ） 3.程序在运行时需要很多系统资源，如内存、文件、设备等，因此操作系统以程序为单位分派系统资源。（ ） 4.进程控制块（PCB）是专为用户进程设置的私有数据结构，每一个进程仅有一个PCB。（ ） 5.进程执行的相对速度不能由进程自己来控制。（ ）6.进程之间的互斥，主要源于进程之间的资源竞争，从而实现多个相关进程在执行顺序上的协调

15、。（ ）7.信号量机制是一种有效的实现进程同步与互斥的工具。信号量只能由P、V操作来改变。（ ）8.V操作是对信号量执行加1操作，意味着释放一个单位资源，若是加1后信号量的值小于等于零，则从等待队列中唤醒一个进程，现进程变成阻塞状态，不然现进程继续进行。（ ）9.利用信号量的P，V操作，进程之间能够互换大量信息。（ ）10.系统产生死锁的根本原因是资源有限且操作不妥。因此，当系统提供的资源少于并发进程的需求时，系统就产生死锁。（ ） “练习与试探”解答（P68）1大体概念和术语进程、进程互斥、进程同步、临界资源、临界区、死锁进程是程序在并发环境中的执行进程。进程互斥：各个进程彼此不明白对方的存

16、在，逻辑上没有关系，由于竞争同一资源（如打印机、文件等）而发生彼此制约。 进程同步：各个进程不知对方的名字，但通过对某些对象（如I/O缓冲区）的一路存取来协同完成一项任务。临界资源：一次仅允许一个进程利用的资源。 临界区：在每一个进程中访问临界资源的那段程序。死锁是指在一个进程集合中的每一个进程都在等待仅由该集合中的另一个进程才能引发的事件而无穷期地僵持下去的局面。2大体原理和技术（1）在操作系统中为何要引入进程概念？它与程序的区别和联系是什么？在操作系统中，由于多道程序并发执行时共享系统资源，一路决定这些资源的状态，因此系统中各程序在执行进程中就出现了彼此制约的新关系，程序的执行出现“走走停停”的新状态。这些都是在程序的动态进程中发生的。用程序那个静态概念已不能如实反映程序并发执行进程中的这些特征。为此，人们引入“进程”这一概念来描述程序动态执行进程的性质。 进程与程序的主要区别是： 进程是动态的；程序是静态的。 进程有独立性，能并发执行；程序不能并发执行。 二者无一一对应关系。 进程异步运行，会彼此制约；程序不具有此特征。但进程与程序又有紧密的联系：进程不能离开具体程序而虚设，程序规定了相应进程所要完成的动